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随着微机械电子系统(MEMS)的迅猛发展,MEMS陀螺已经广泛应用于航空航天、惯性导航、智能电子、汽车安全等军用和民用领域。蝶翼式MEMS陀螺具备易于加工、灵敏度高、环境适应性强等优点,逐步成为MEMS陀螺领域的重要研究方向。小型化设计对于蝶翼式MEMS陀螺缩小体积、降低成本和功耗、提升产量至关重要,但是由于陀螺整体尺寸的减小,非线性振动和模态耦合现象凸显。陀螺工作模态的非线性振动将导致固有频率发生较大幅度漂移,限制了陀螺机械灵敏度的进一步提升,抑制陀螺各工作模态的非线性振动成为进一步提升机械灵敏度的关键。模态耦合是指两个振动模态在某一振动模态下的振动输入导致另一振动模态下的响应。一方面,陀螺工作模态之间的耦合需要进行抑制,因为这种耦合效应导致陀螺检测的正交误差;另一方面,巧妙利用陀螺非工作模态与工作模态之间的耦合进行边带激励可以有效改善陀螺的动态特性。但目前对于MEMS陀螺非线性振动及模态耦合的研究鲜有报道。因此本文首先设计并加工了一种小型化蝶翼式MEMS陀螺,其次分析了各工作模态非线性振动特性,提出了从陀螺设计的角度抑制工作模态非线性振动的方法,然后研究了工作模态之间的耦合机理,提出了一种基于模态解耦的正交误差抑制方法,最后研究了边带激励特性,提出了一种基于边带激励的检测模态品质因数(Q值)调节方法。主要内容包括:1.介绍了小型化蝶翼式MEMS陀螺设计加工及工作原理。概述了陀螺的结构及工作原理,分析了动态特性,确定了关键尺寸并与传统蝶翼式MEMS陀螺进行对比,介绍了加工工艺。2.研究了小型化蝶翼式MEMS陀螺的非线性振动特性。介绍了工作模态非线性振动产生机理,分别对工作模态的非线性振动进行了建模与分析,提出从陀螺设计的角度抑制工作模态非线性振动的方法。3.研究了小型化蝶翼式MEMS陀螺正交误差及其抑制方法。介绍了正交误差和零偏输出的产生机理,分析了正交误差对零偏输出的影响机理,提出基于模态解耦的正交误差抑制方法。4.研究了基于边带激励的小型化蝶翼式MEMS陀螺检测模态Q值调控方法。介绍了边带激励产生机理,对边带激励进行理论建模与分析,提出基于边带激励的检测模态Q值调节方法。